Zum Lichtstrom den eine Fahrradlampe abgibt, gemessen in Lumen, gibt es kaum Herstellerangaben. Und wenn es denn welche gibt, weiß man nicht, wie verlässlich diese Angaben sind. Interessant wäre es aber schon mal, den abgegebenen Lichtstrom von Fahrradlampen genauer zu vergleichen. Es bleibt also nichts, als selbst zu messen.
Messaufbau zur Lumen-Messung von Fahrradlampen
Der Lichtstrom eines Strahlers in Lumen wird oft mit Hilfe einer sogenannten Ulbricht-Kugel gemessen. Dies ist eine innen diffus reflektierende Hohlkugel, die das Licht einer gerichteten Lichtquelle gleichmäßig auf der Innenseite verteilt. Aus der Beleuchtungsstärke in Lux, die eine Referenzlichtquelle mit bekanntem Lichstrom an der Innenseite erzeugt, kann dann auf den Lichtstrom anderer Lichtquellen geschlossen werden. Glücklicherweise gibt es in diversen Foren die sich mit Taschenlampen beschäftigen auch einige Leute, die schon selbst eine Ulbricht-Kugel gebaut haben und einige Erfahrungen dazu geteilt haben (z.B. hier oder hier). Vielen Dank an dieser Stelle, dass ich von diesen Erfahrungen profitieren konnte und nicht bei Null anfangen musste!
Meine Ulbricht-Kugel besteht aus einer hohlen Styropor-Kugel mit einem Außendurchmesser von 50 cm. Diese habe ich innen mit feinem Sandpapier bearbeitet, um die vorher leicht glänzende Oberfläche möglichst diffus reflektierend zu machen. Oft wird als Beschichtung auch Bariumsulfat empfohlen. Hier gibt es auch einen Versuch dazu, mit dem Fazit, dass die Unterschiede zu einer unbeschichteten Styropor-Oberfläche gering sind und es zudem unklar ist, ob die Beschichtung nun zu einer Verbesserung oder Verschlechterung geführt hat. Deshalb habe ich auf eine Beschichtung zunächst verzichtet.
Ulbricht-Kugel mit Öffnungen für Fahrradlampe, Referenzlichtquelle und Luxmeter.
Außerdem habe ich die Kugel dann in eine Holzkiste eingebaut. Diese schirmt gegen Licht von außen ab, so dass Verfälschung durch andere Lichtquellenvermieden werden.
Ulbrichtkugel eingebaut in Holzkiste, um Licht von außen abzuschirmen
Oben ist eine kleine Öffnung für eine Taschenlampe mit bekanntem Lichtstrom – eine Fenix E12 – als Referenzlichtquelle. Diese erzeugt im mittleren Modus einen sehr konstanten Lichtstrom, der auch mit sinkender Akkuspannung nicht fällt. Außerdem ist in der Kugeloberfläche eine weitere Öffnung für die zu messende Fahrradlampe vorhanden.
Fahrradlampe und Referenzlichtquelle in den vorgesehenen Öffnungen
Seitlich ist eine Öffnung für ein Luxmeter eingelassen. Hier habe ich auf ein professionelles Gossen Mavolux 5032 C USB gesetzt, um zu große Messfehler zu vermeiden. Scheinbar kann man allerdings auch mit günstigeren Luxmetern wie dem in Taschenlampen-Foren oft verwendeten LX1330B brauchbare Ergebnisse erzielen. Hier ein Vergleich von diesem mit einem professionellen Messgerät. Insbesondere die Empfindlichkeit bei verschiedenen Wellenlängen ist bei Luxmetern oft eine Schwäche und bei roten, grünen oder blauen LEDs liefern die billigen Geräte völlig unbrauchbare Ergebnisse. Bei weißen LEDs kommt man i.d.R. aber scheinbar mit Abweichungen <10% weg.
Mein verwendetes Luxmeter hat außerdem eine PC-Schnittstelle. So kann ich Messungen über längere Zeit vornehmen und den Verlauf protokollieren.
Luxmeter an Messöffnung der Ulbricht-Kugel, die Werte können auch über eine PC-Schnittstelle protokolliert werden.
Durchführung der Messung
Das Reflexionsverhalten der Kugeloberfläche beeinflusst den gemessenen Lux-Wert sehr stark. Das ist erstmal unproblematisch, da später nur der relative Unterschied zwischen verschiedenen Lampen und zur Referenzlichtquelle eine Rolle spielt. Problematisch ist allerdings die Öffnung für die Fahrradlampe, da je nach Größe und Reflexionsverhalten des Lampenkopfes das Messergebnis nicht unwesentlich beeinflusst wird. Vor einer Messung halte ich daher die zu messende Lampe ausgeschaltet an die Öffnung und decke den nicht benötigten Teil mit Papier ab. Dann wird die Referenzlichtquelle eingeschaltet und der gemessene Luxwert notiert. Je nach eingeführter Lampe liegen die gemessenen Werte trotz identischer Referenzlichtquelle durchaus einige Prozent auseinander. Die als Referenzlichtquelle verwendete Fenix E12 verwende ich dabei im mittleren Modus, der laut Hersteller 50 Lumen abstrahlen soll. Das hat den Vorteil, dass niedrigere Leuchtstufen meist konstanter sind als die höchste, denn hier wird die Leuchtstärke viel stärker vom Ladestand des Akkus und einer eventuellen Erwärmung der Lampe beeinflusst.
Im zweiten Schritt wird die Referenzlichtquelle dann ausgeschaltet, aber in der Öffnung gelassen, so hat man für die Messung von Referenzlichtquelle und Fahrradlampe eine identische Beschaffenheit der Kugeloberfläche. Die zu messende Fahrradlampe wird dann eingeschaltet. Die Messung erfolgt erst 30 Sekunden nach dem Einschalten, da eine Erwärmung der LED zu einer etwas nachlassenden Helligkeit führt. Bei Dynamolampen sorgt am Anfang außerdem der zunächst zu ladende Standlichtkondensator am Anfang für eine geringere Helligkeit. Gemessen werden Akkulampen übrigens immer mit vollem Akku. Bei einigen Fahrradlampen kann die Helligkeit bei nicht mehr vollem Akku durchaus messbar abnehmen. Der gemessene Luxwert wird dann zu dem der Referenzlichtquelle ins Verhältnis gesetzt und aus deren bekannten Lichtstrom von 50 Lumen der Lichtstrom der Fahrradlampe berechnet.
Messgenauigkeit
Ich habe einigen Aufwand in meine Messungen gesteckt und bin relativ zuversichtlich, dass meine Messergebnisse einen brauchbaren Vergleich der Lichtstrom verschiedener Fahrradlampen zulassen. Absolut genaue Werte werde ich damit aber selbstverständlich nicht messen.
Zunächst ist die Referenzlichtquelle natürlich eine Fehlerquelle. Ich weiß aus verschiedenen Quellen, dass die Lumen-Angaben von Fenix wohl recht realistisch sind und hier wirklich die aus der Taschenlampe austretende Lichtstrom angegeben wird und nicht wie bei manchen anderen Herstellern die theoretische Lichtstrom der verwendeten LED. Auch ist die E12 gut geregelt und hält den Lichtstrom auch bei abnehmender Akkuspannung sehr konstant. Zumal in der von mir verwendeten mittleren Leuchtstufe auch die Abnahme des Lichtstroms durch Erwärmung nur eine sehr geringe Rolle spielt. Trotzdem würde es mich nicht wundern, wenn bereits hier ein Fehler von +-10% entsteht. Immerhin dürfte ein Großteil des Fehlers aber systematisch sein, also jedes Mal gleich auftreten – zumindest für das Verhältnis meiner Messungen untereinander dürfte der Fehler also deutlich kleiner sein.
Auch die sicherlich nicht perfekte Lichtverteilung in der Ulbricht-Kugel kann natürlich zu gewissen Abweichungen führen. Wie groß diese sind ist schwer einzuschätzen. Allerdings bin ich hier aufgrund der Tatsache, dass eine Veränderung des Eintrittswinkels des Lichtstrahls nur zu kleinen Veränderungen des Messergebnisses führt relativ zuversichtlich, dass die Messabweichungen nicht dramatisch groß sind.
Und die dritte große Fehlerquelle ist das Luxmeter. Obwohl das verwendete Gossen Mavolux 5032 C USB ein professionelles Messgerät mit einem Neupreis von rund 700 Euro ist, ist hier immer noch ein Gesamtfehler von bis zu 15% angegeben. Die erreichbaren Toleranzen sind bei Lichtmesstechnik leider deutlich größer als bei der Messung von elektrischen Größen, wo Toleranzen unter 1% nichts Besonderes sind.
Meine Empfehlung ist daher, meine Messergebnisse zum ungefähren Helligkeitsvergleich verschiedener Lampen zu verwenden, dazu sollten diese absolut brauchbar sein. Absolute Präzision kann man allerdings nicht erwarten. Spätestens sobald man Lumen-Angaben aus anderen Quellen hat (seien es nun Messungen von anderen oder Herstellerangaben) ist Vorsicht angebracht. Keinesfalls sind meine Messungen beispielsweise dazu geeignet, einem Hersteller falsche Angaben für seine Lampen vorzuwerfen – zumindest dann, wenn die Unterschiede eher klein sind.
Dynamobetriebene Fahrradlampen
Bei dynamogetriebenen Fahrradlampen ergibt sich außerdem die Schwierigkeit, dass man diese an einem sich drehenden Fahrraddynamo anschließen muss, um sie leuchten zu lassen. Zwar lassen sich viele Lampen auch mit Gleichspannung betreiben, aber die Helligkeit entspricht dann nicht zwangsläufig der Helligkeit am Dynamo.
Dafür habe ich einen motorgetriebenen Nabendynamo (Shimano Nexus DH-C3000-3N) gebaut. Der Motor wird von einem Labornetzteil mit Strom versorgt. Für den mobilen Betrieb beim Anfertigen von Ausleuchtungsfotos ist auch ein Betrieb mit Akkus möglich (im Bild unten sichtbar). Ein Fahrradcomputer am Nabendynamo misst die Drehzahl und zeigt die Geschwindigkeit an, die in einem 28-Zoll-Rad (angenommene 2100 mm Abrollumfang) entstehen würde.
motorgetriebener Nabendynamo zum Test von Dynamolampen.
